人教版选修31 2.3欧姆定律 课件（79张).ppt

2 3欧姆定律 导体中产生电流的条件是什么 既然导体两端有电压 导体中才有电流 那么导体中的电流跟导体两端的电压有什么关系呢 在导体的两端加上电压 导体中才有电流 那么 导体中的电流跟导体两端的电压有什么关系呢 下面我们通过实验来探究这个问题 实验电路 分压电路 可以提供从零开始连续变化的电压 演示 数据记录 0 4 10 0 3 0 2 0 1 0 5 5 0 25 0 20 0 15 0 10 0 05 作u i图像分析这些数据 控制电路 可以提供从零开始连续变化的电压 一 连接电路 测量电路 测量电阻的电流和电压 一 电阻 导体两端的电压与通过导体的电流大小的比值 3 公式 4 单位 2 物理意义 1 定义 兆欧 m 千欧 k 国际单位制中欧姆 反映了导体对电流的阻碍作用 二 欧姆定律 内容 导体中的电流i跟导体两端的电压u成正比 跟导体的电阻成反比 3 适用条件 金属导电和电解液导电 2 公式 d 从可知 导体两端的电压为零时 导体的电阻也为零 c 从可知 导体两端的电压随电阻的增大而增大 b 从可知 导体的电阻跟导体两端的电压成正比 跟导体中的电流成反比 a 从可知 导体中的电流跟加在它两端的电压成正比 跟它的电阻成反比 1 对于欧姆定律 理解正确的是 课堂练习 a 2 右图为两个导体的伏安特性曲线 求 1 r1 r2 2 两电阻串联在电路中 导体两端的电压比u1 u2 3 若并联在电路中 电流之比i1 i2 r1 r2 1 1 3 2 1 3 3 3 1 方法 1 直接观察 2 图像法 0 2 电压 v 电流 a 电流 a b 导体 a 二 数据处理 结论 对同一导体 导体中的电流跟导体两端的电压成正比 i u图像是过原点的直线 三 确定常数k 对于同一导体 电流与电压之比是一个常数 与电流 电压无关 不同的导体比值不同 在电压相同的情况下 k越大的导体电流越大 说明导体对电流的阻碍作用越弱 1 为什么说常数k反映了导体本身的性质 2 常数k反映了导体的什么性质 3 用常数k反映了导体对电流的阻碍作用方便吗 三 导体的伏安特性 1 伏安特性曲线 导体中的电流i随导体两端的电压u变化的图线 叫做导体的伏安特性曲线 图线斜率的物理意义是什么 电阻的倒数 2 线性元件和非线性元件 符合欧姆定律的导体的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线 具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件 不符合欧姆定律的导体和器件 电流和电压不成正比 伏安特性曲线不是直线 这种电学元件叫做非线性元件 3 有三个电阻 ra 5 rb 10 rc 2 5 它们的的伏安特性呈线性特征 请在同一坐标系中作出它们的伏安特性曲线 并在线旁注明a b c 课堂练习 4 一个小灯泡 当它两端的电压在3v以下时 电阻始终等于14欧姆不变 当它两端的电压增大到4v时 钨丝发热 它的电阻为16欧姆 当电压增大到5v时 它的电阻为20欧姆 它在0 5v范围内的伏安特性曲线大概是怎样的 请画出草图 思考与讨论 下图是某晶体二极管的伏安特性曲线 请你根据这条曲线说出通过二极管的电流和二极管两端的电压的关系 三 确定常数k 4 怎样改进才能方便地反映导体对电流的阻碍作用 用1 k即用u i比值反映导体对电流的阻碍作用强弱比较方便 2 度量方式 4 矢量标量 标量 3 决定因素 导体本身的性质决定 1 引入目的 反映了导体对电流的阻碍作用的大小 5 单位换算 6 测量方法 伏安法等 比值法 度量式 r与u i无关 适用于柱形金属导体和电解液 si 1 1v a1m 103k 106 结论 导体中的电流i跟导体两端的电压u成正比 跟导体的电阻r成反比 欧姆定律 2 理论和实验依据 3 三种表述 1 研究内容 4 适用条件 金属导电和电解液导电 欧姆最早通过实验证明 1 文字表述 导体中的电流i跟导体两端的电压u成正比 跟导体的电阻r成反比 2 公式表述 或 3 图像表述 导体中的电流跟哪些因素有关系 i u图线 u i图线 两个图线斜率的物理意义是什么 i u图像的斜率表示导体电阻的倒数 u i图像的斜率表示导体的电阻 1 什么叫导体的伏安特性曲线 2 两组同学采用分压电路分别画定值电阻和小灯泡的伏安特性曲线 对比两个图像的异同 并确定出在这两个图像中如何求电阻 图线斜率的物理意义是什么 导体中的电流i随导体两端的电压u变化的图线 u i图像和i u图像都叫做导体的伏安特性曲线 导体a的伏安特性曲线为直线 斜率表示导体的电阻 电阻在研究过程中保持不变 导体b的伏安特性曲线为曲线 过原点的直线 割线 的斜率表示导体的电阻 电阻在研究过程中不断变化 2 如图是一个非线性元件的伏安特性曲线 如何求某电压下的电阻 3 请分析说明电阻随电压如何变化 3v 伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线的电学元件叫做线性元件 伏安特性曲线不是直线的电学元件叫做非线性元件 1 什么线性元件和非线性元件 过原点的直线 割线 的斜率表示导体的电阻的倒数 随电压升高 导体的电阻单调增加 加正向电压时 二极管电阻较小 通过二极管的电流较大 加反向电压时 二极管的电阻较大 通过二极管的电流很小 当反向电压很大时 二极管击穿 反向电流很大 表明二极管具有单向导电性 例1 若加在某导体两端的电压变为原来的3 5时 导体中的电流减小了0 4a 如果所加电压变为原来的2倍 则导体中的电流多大 对欧姆定律理解的角度不同 求解的方法也不相同 本题可以有三种解法 解析 依题意和欧姆定律得 解答一 所以i0 1 0a 又因为 所以i2 2i0 2 0a 解答二 由 得i0 1 0a 又 所以 画出导体的i u图像 如图所示 设原来导体两端的电压为u0时 导体中的电流强度为i0 解答三 当u 2u0时 电流为i2 由图知 所以i0 1 0a i2 2i0 2 0a 题目 说明 2 导体的电阻是导体自身的一种属性 与u i无关 用此式讨论问题更简单明了 因而 1 用i u图像结合比例式解题 显得更直观 简捷 物理意义更鲜明 三 实验 测绘小灯泡的伏安特性曲线 金属物质的电阻率随温度升高而增大 从而使得一段金属导体的电阻随温度变化发生相应的变化 对一只灯泡来说 不正常发光和正常发光时灯丝的电阻值可以相差几倍到几十倍 它的伏安特性曲线并不是一条直线 即灯丝的电阻是非线性的 本实验通过描绘伏安特性曲线的方法来研究钨丝灯泡在某一电压变化范围内 其阻值变化 从而了解它的导电特性 一 实验目的 通过实验来描绘小灯泡的伏安特性曲线 并分析曲线的变化规律 二 实验原理 小灯泡 3 8v0 3a 电压表 电流表 2v 6v学生电源 滑动变阻器 导线若干 电键等 三 实验器材 1 测量小灯泡伏安特性曲线的电路选择 由于小灯泡的电阻较小 10 左右 为减小误差 可采用安培表外接法 若滑动变阻器采用限流接法 图1甲 即使把r的值调到最大 电路中还有一定的电流 因此实验绘出的伏安特性曲线缺少坐标原点附近的数据 控制电路的选用 因为作图需要多个点 要求小灯泡的电压变化范围较大 从零到接近额定电压 所以滑动变阻器采用分压接法 实验电路图如图1乙所示 四 实验电路图 电路接好后合上电键前要检查滑动变阻器滑动触点的位置 使开始实验时 小灯泡两端的电压为最小 电表量程选择的原则是 使测量值不超过量程的情况下 指针尽量偏转至3 4量程处 2 实物接线图 1 先连好电源 电键 滑动变阻器所组成的串联电路 滑动变阻接下面两个接线柱 在连接电路时接线的顺序为 先串后并 2 将小灯泡 电流表串联好 再接到滑动变阻器的两个接线柱上 一上一下 3 最后将伏特表并接在小灯泡的两端 4 注意滑动变阻器的滑动触头实验初应在使小灯泡短路的位置 由于选用的是标有 3 8v0 3a 的小灯泡 电流表应选用0 0 6a量程 电压表开始时应选用0 3v量程 当电压调到接近3v时 再改用0 15v量程 5 注意安培表 伏特表的量程和正负接线柱 五 实验步骤 2 检查无误后 将滑片调节至最左边附近 闭合电键 读出一组u i值 记录于表格 3 再调节滑线变阻器的滑片到不同位置 读出十二组不同的u i值 记录于表格 4 断开电键 整理好器材 5 在坐标纸上以i为横轴 以u为纵轴 并选取适当的单位 6 用描点法在坐标纸上标出各组u i值的对应点位置 1 按图连接好电路 7 用平滑曲线将各点依次连接起来 8 分析小灯泡伏安特性曲线的变化规律 六 实验注意事项 对 描绘小灯泡的伏安特性曲线 实验 应明确以下几点 1 由欧姆定律可知 对一纯电阻用电器 有i u r 因此 当r为定值时 i u图线应为一过原点的直线 但由于小灯泡的灯丝在其两端电压由0增至额定电压过程中 灯丝温度由室温升高到近2000 因此灯丝电阻率有明显增大 故小灯泡的伏安特性曲线应为曲线 2 实验用的小灯泡通常为 3 8v0 3a 一类小电珠 其在白炽状态下电阻很小 在室温下电阻更小 因此为减小实验误差 测量电路应采用电流表外接法 3 为使小灯泡上的电压能从0开始连续变化 滑动变阻器应采用分压式连接 a组能力训练题1 1 关于欧姆定律的适用条件 下列说法正确的是 a 欧姆定律是在金属导体导电的基础上总结出来的 对于其他导体不适用b 欧姆定律也适用于电解液导电c 欧姆定律对于气体导电也适用d 欧姆定律适用于一切导体 b a组能力训练题2 2 关于电流和电阻 下列说法中正确的是 a 电流的方向与导体中电荷的定向移动方向相同b 金属导体温度升高时 由于自由电子的热运动加剧 所以电流增大c 由r u i可知 i一定时 导体的电阻r与u成正比 u与i成反比d 对给定的电阻 比值u i是一个定值 反映导体本身的一种性质 d a组能力训练题3 3 用电器a的电阻是用电器b的电阻的2倍 加在a上的电压是加在b上的电压的一半 那么通过a b的电流ia和ib的关系是 a ia 2ibb ia ibc ia ib 2d ia ib 4 d a组能力训练题4 4 加在某段导体两端的电压变为原来的1 3时 导体总的电流就减小0 6a 如果所加电压变为原来的2倍 则导体中的电流将变为 a 0 6ab 1 2ac 0 9ad 1 8a d a组能力训练题5 5 在一个电阻两端加12v电压时 通过它的电流为240ma 当通过它的电流是1 8a时 它两端的电压是 v 这个电阻的阻值是 50 90 a组能力训练题6 6 某电路两端电压保持不变 当电路电阻为20 时 其电流为0 3a 电阻增加到30 时 其电路中的电流要减小 a 电路两端的电压为 v 0 1 6 a组能力训练题7 7 如果人体的最小电阻是800 已知通过人体的电流为50ma时 就会引起呼吸器官麻痹 不能自主摆脱电源 试求安全电压 答 小于40v a组能力训练题8 2009年理综天津卷3 3 为探究小灯泡l的伏安特性 连好图示的电路后闭合开关 通过移动变阻器的滑片 使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大 直到小灯泡正常发光 由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的u i图象应是 c 解 灯丝电阻随电压的增大而增大 图像的斜率应越来越大 c正确 b组能力训练题1 1 一个电阻器 当它两端的电压增加0 2v时 通过电阻器的电流增加2ma 则该电阻器的阻值是多少 答 适用条件 定值电阻 基本方程 国际单位制的应用 b组能力训练题2 2 某电阻两端电压为16v 在30s内通过电阻横截面的电量为48c 此电阻为多大 30s内有多少个电子通过它的横截面 解 由题意知u 16v t 30s q 48c 电阻中的电流i q t 1 6a 据欧姆定律 得 n q e 3 0 1020个 故此电阻为10 30s内有3 0 1020个电子通过它的横截面 b组能力训练题3 3 某灯泡两端的电压为1v时 其电流为0 2a 当电压为2v时 其电流为0 3a 那么电压为1 5v时 则 a 其电流一定为0 25ab 其电流一定大于0 225a而小于0 3ac 其电流一定大于0 2a而小于0 25ad 以上说法均不对 5 r 20 3 b 解 分析易知 电压为1 5v时 灯丝电阻 所以当电压为1 5v时 其电流 b组能力训练题4 4 小灯泡通电后其电流i随所加电压u变化的图线如图所示 p为图线上一点 pn为图线过p点的切线 pq为u轴的垂线 pm为i轴的垂线 则下列说法中正确的是 a 随着所加电压的增大 小灯泡的电阻减小 b 对应p点 小灯泡的电阻为c 对应p点 小灯泡的电阻为d 对应p点 小灯泡的电阻为 c b组能力训练题5 2003年上海卷18 b 电压可从0v调到所需电压 调节范围较大 已知电源电动势为9v 内阻不计 滑动变阻器的阻值为0 100 2 在图d电路中 电源电压恒为9v 电流表读数为70ma 定值电阻r1 250 由热敏电阻的i u关系曲线可知 热敏电阻两端的电压为 v 电阻r2的阻值为 2 i1 9 250 0 036a 36mai2 70 36 34ma 由图a得ur 5 2v r2 9 5 2 0 034 118 8 5 2 118 8 解 b组能力训练题6 6 在 描绘小灯泡的伏安特性曲线 实验中 使用的小灯泡为 6v3w 其他可供选择的器材有 电压表v1 量程6v 内阻20k 电压表v2 量程20v 内阻60k 电流表a1 量程3a 内阻0 2 电流表a2 量程0 6a 内阻1 变阻器r1 0 1000 0 5a 变阻器r2 0 20 2a 学生电源e 6 8v 开关s及导线若干 解 小灯泡 6v3w 额定电压为6v 额定电流为0 5a 即允许通过小灯泡的电流最大不超过0 5a 最大电压不超过6v 在选择电压表和电流表时 本着安全 精确的原则 安全原则即量程要大于所测电流或电压值 精确原则是量程要尽量小 量程越小测量越精确 故电流表应选a2 电压表应选v1 实验中要求电压表在0 6v范围内读取并记录下12组左右不同的电压值u和对应的电流值i 以便作出伏安特性曲线 在上述器材中 电流表应选用 变阻器应选用 在图所示的方框中画出实验的原理图 a2 r2 滑动变阻器选取时要本着安全 够用 调节方便的原则 安全 即流过变阻器最大电流 i e r 应小于允许通过的最大电流 方便 即变阻器的总电阻应接近小灯泡的电阻 本实验中小灯泡在正常工作时电阻为 连接电路时 变阻器采取分压式 电流表接成外接法 故应选用r2 原理图如图所示 b组能力训练题7 2006年上海卷17 表格中所列数据是测量小灯泡u i关系的实验数据 1 分析上表内实验数据可知 应选用的实验电路图 填 甲 或 乙 甲 2 在方格纸内画出小灯泡的u i曲线 分析曲线可知小灯泡的电阻随i变大而 填 变大 变小 或 不变 3 如图丙所示 用一个定值电阻r和两个上述小灯泡组成串并联电路 连接到内阻不计 电动势为3v的电源上 已知流过电阻r的电流是流过灯泡b电流的两倍 则流过灯泡b的电流约为a 变大 0 07 用试探法求流过灯泡b的电流 当ib 0 05a ub 0 2v 则ia 0 15a ub 1 0v ua ub 1 2v 3v 当ib 0 07a ub 0 3v 则ia 0 21a ub 2 7v ua ub 3v 所以流过灯泡b的电流约为0 7a 解 1 测量小灯泡u i关系的实验数据可知 电压要从0开始 即必须用分压器接法 故选用甲图电路 2 u i关系图线的斜率越来越大 故小灯泡的电阻随i变大而变大 3 流过电阻r的电流是流过灯泡b电流的两倍 则流过灯泡a的电流是流过灯泡b电流的3倍 ia 3ib 且ua ub 3v 课堂互动讲练 若加在某导体两端的电压变为原来的3 5时 导体中的电流减小了0 4a 如果所加电压变为原来的2倍 则导体中的电流多大 思路点拨 电阻一定 导体中的电流随导体两端的电压变化而变化 可根据欧姆定律的公式求解 也可根据i u图象 找出关系求解 图2 3 7 答案 2 0a 变式训练1某电压表的量程是0 15v 一导体两端电压为1 6v时 通过的电流为2ma 现在给此导体通过20ma电流时 能否用这个电压表去测量导体两端的电压 答案 不能 如图2 3 8所示的图象所对应的两个导体 1 电阻关系为r1 r2为多少 2 若两个导体中的电流相等 不为零 时 电压之比u1 u2为多少 3 若两个导体的电压相等 不为零 时 电流之比i1 i2为多少 图2 3 8 思路点拨 首先利用i u图象求出r1和r2 再利用欧姆定律求出电压之比和电流之比 答案 1 3 1 2 3 1 3 1 3 变式训练